Prediksi struktur mikro bahan paduan dalam mesin jet – Sains Terkini

Peneliti Jepang mampu memprediksi mikrostruktur paduan Nikel – Aluminium (Ni-Al) secara cepat dan akurat yang biasanya digunakan dalam desain bagian turbin mesin jet.

Prediksi struktur mikro paduan ini sejauh ini memakan waktu dan mahal.

Temuan memiliki potensi untuk memajukan desain bahan – terdiri dari berbagai paduan yang berbeda – yang digunakan untuk membuat produk di beberapa sektor industri yang berbeda.

Paduan adalah bahan tahan lama yang terdiri dari dua atau lebih logam.

Keterbatasan biaya dan desain saat ini dari proses pembuatan paduan tradisional telah mendorong perlunya menciptakan metode desain yang lebih efisien.

Salah satu tantangan utama adalah bagaimana memprediksi secara akurat mikrostruktur paduan (struktur berskala sangat kecil yang hanya dapat dilihat oleh mikroskop) yang dapat sangat memengaruhi sifat fisik seperti kekuatan, ketangguhan, ketahanan terhadap korosi, kekerasan dan / atau ketahanan aus dan sobek. .


Para penulis dapat memprediksi mikrostruktur paduan dengan menggunakan metode lapangan fase prinsip pertama.

Prosedur ini memprediksi struktur mikro paduan berdasarkan pada hukum dasar fisika saja (prinsip pertama) dan kemudian menggunakan parameter tersebut untuk memodelkan formasi struktur mikro (bidang fase).

Ini bertentangan dengan pemodelan empiris, atau prediksi yang didasarkan pada eksperimen atau pengamatan sebelumnya saja.

Selanjutnya, para peneliti melakukan percobaan pemodelan mereka di bawah suhu tinggi yang meniru turbin mesin jet (~ 1027)HaiC).

Penelitian ini dipublikasikan di Nature Communications pada 1 Agustus 2019.

mesin-jet

Pencarian bahan baru dengan sifat yang diinginkan membutuhkan rekayasa mikro bahan berdasarkan perubahan beberapa variabel, seperti komposisi, morfologi, tekanan, suhu, doping, pengecoran dan penempaan.

Teknik simulasi yang andal yang dapat membantu dengan desain dan produksi bahan baru berdasarkan pada prinsip teoretis saja dapat membuat produksi lebih cepat dan lebih murah.

Namun, sebagian besar teori desain material saat ini adalah fenomenologis dan berasal dari pengamatan eksperimental dan pengalaman empiris. Ini memakan waktu dan mahal.

Apa yang membuat metode bidang fase prinsip pertama sangat menguntungkan, menurut penulis, adalah bahwa ia menjembatani perhitungan skala kecil (prinsip pertama) yang akurat dan model skala besar (bidang fase) dengan teori renormalisasi, sebuah konsep dalam fisika yang pada dasarnya membuat derajat kebebasan tanpa batas menjadi terbatas, atau variabel kontinu menjadi berbeda.

Dengan kata lain, dengan menggunakan metode mereka, mereka mampu mengatasi prosedur eksperimental yang memakan waktu dan mahal dan masih menghasilkan bahan yang sesuai dengan metode eksperimental.

“Metode bidang fase prinsip pertama diciptakan sebagai teknik simulasi multiskala inovatif pertama di dunia.”


“Dengan menggunakan metode ini, kami dapat berhasil memprediksi struktur mikro kompleks dari setiap komposisi paduan Ni-Al dari prinsip-prinsip pertama (hukum dasar fisika) tanpa menggunakan parameter empiris apa pun, dan hasil kami sangat sesuai dengan eksperimen,” kata Kaoru Ohno, penulis dan profesor di Universitas Nasional Yokohama.

Ohno dan rekan penulis dari Institut Nasional untuk Ilmu Bahan di Jepang mengatakan metode ini dapat digunakan untuk memprediksi kekuatan mekanik paduan karena distribusi gaya lokal serta struktur mikro dapat dengan mudah dihitung.

Metode yang penulis sajikan juga dapat digunakan untuk memprediksi struktur mikro paduan multikomponen, atau paduan yang terdiri dari lebih dari dua logam.

“Studi-studi ini menyoroti sifat dasar baja dan paduan lain yang sejauh ini hanya ditunjukkan berdasarkan pengamatan empiris.”

“Dengan demikian, metode yang diusulkan adalah alat teoritis yang kuat untuk dengan cepat memprediksi paduan yang paling cocok yang dapat mewujudkan kekuatan, ketangguhan yang diinginkan, daktilitas, plastisitas, ringan, dll. sebanyak mungkin,” tambah Ohno.

Di masa depan, penulis berencana untuk menerapkan metode ini ke berbagai bahan baja dan paduan multikomponen lain untuk memprediksi ketergantungan struktur mikro dan distribusi tegangan lokal pada komposisi awal mereka dan lebih memahami karakteristik mereka.

Journal Reference:

  1. Swastibrata Bhattacharyya, Ryoji Sahara, Kaoru Ohno. A first-principles phase field method for quantitatively predicting multi-composition phase separation without thermodynamic empirical parameterNature Communications, 2019; 10 (1) DOI: 10.1038/s41467-019-11248-z

You may also like...

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.